娘子关供水泵站安全运行关键技术问题研究

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阳泉市娘子关供水工程修建在太行山中段。东起娘子关发电厂的取水口西至阳泉市区的猫山,终点是阳泉水厂的配水池,总长度一共大约有30km。建设了一、二、三级加压泵站以及扬水管道,主水泵12台,总装机容量12770k W,总地形扬程419.396m。娘子关泵站水泵从投入运行到现在为止,已经将近三年,水泵进口与口环结合处的泵壳、过水流道内及水泵一级叶轮入口边叶片在相同部位产生局部汽蚀,密封环圆弧处及泵壳上盖等部位出现了不同程度的汽蚀,严重影响到水泵机组的经济及安全运行;供水压力管道上多处空气阀出现漏水跑水问题。因此本论文对娘子关供水泵站运行中的技术问题进行了研究,主要内容及结论如下:(1)水泵汽蚀问题研究1)通过水泵安装高程计算模型,计算得出娘子关泵站水泵不发生汽蚀的最大安装高程为386.234m,而实际安装高程超过了允许安装高程,这是娘子关泵站水泵发生汽蚀的原因之一。2)针对娘子关泵站的水泵出现汽蚀损坏的问题,通过分析比较,提出对汽蚀部位进行补焊修复的经济方案。(2)空气阀跑水漏水问题研究1)提出娘子关供水工程中空气阀跑水漏水的原因是在实际的工程运行中,往往由于水流过大,在空气阀内部急速流动,包含微量气体的水在浮球上方迅速集结容易形成小的旋涡,导致浮球上方压力过大,从而不能正常上浮,无法堵住排气孔,会使水流发生外泄,导致水资源的浪费甚至危及供水系统的安全。2)对娘子关泵站供水管路上安装的DN100的空气阀漏水跑水问题,利用Solid Works建模软件对空气阀进行几何建模,以有限体积法为基础,设置动网格对其进行数值模拟求解,得出空气阀内部浮球上浮运动过程中的速度与压力随时间的增大而增大,并在400ms的时刻趋于稳定的模拟结果,通过生成的压力和速度云图可以发现,最大压力位置处于浮筒底部以及浮球正下方位置和外流体域两侧狭窄通道处,最大速度的位置处于浮筒底部小的入口处。探究最大速度与最大压力的位置,为空气阀的技术改造奠定技术基础。3)通过控制不同的入口流速,通过Fluent对其进行动网格求解,得出空气阀内部压力场以及浮球上下的压力值,分析不同入口流速下的空气阀内部最终时刻压力情况,找出浮球能正常上浮的流速范围是35m/s以下以及50m/s以上,当入口流速在35m/s-50m/s之间的时候,浮球会因上方压力过大而无法上浮,导致DN100型号防水锤空气阀出现跑水漏水现象,无法起到保护管路的作用。探究空气阀浮球能正常上浮的流速范围,为娘子关供水工程的安全运行奠定技术基础。(3)通过对娘子关供水泵站运行中的关键技术问题进行研究,主要目标为娘子关供水工程的安全运行提供技术支持。
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